掺Er富硅SiO2发光材料是硅基发光材料和器件研究领域的热点。其中硅纳米晶体对Er3+离子1.54μm光致发光的增强作用可以在集成光放大器和发光器件的制备中得到应用。而1.54μm波长恰好位于光纤的最小损耗波段,使其更便于和光纤通讯技术相结合。为了拓展其应用范围并实现光电集成,人们迫切需要实现此类材料的电泵浦发光。然而目前关于掺Er富硅SiO2电致发光(EL)器件的报道较少,对其发光机制的研究也尚未完善。这主要是因为此类电致发光器件的制备存在困难,不易获得发光稳定、耐击穿性能较好的器件。　　 在本论文中,我们利用Er+离子和Si+离子注入并结合高温退火制备了掺Er富硅SiO2薄膜以及ITO/SiON/Si-rich SiO2:Er/Si MOS结构电致发光器件。通过对器件的光、电特性的测试和分析,我们对器件的EL性能和结构进行了详细的研究。　　 在论文的绪论部分,我们首先解释了硅基光电子和光互连的概念,并对制各硅基发光材料和器件的主要方法及国内外研究现状作了简要介绍。随后我们阐述了硅纳米晶体发光的机理,并对Er3+离子和硅纳米晶体间能量传递的机制进行了讨论。　　 在第二章主要介绍了掺Er富硅SiO2 MOS结构电致发光器件的制备方法。其中器件制备的主要步骤包括离子注入,后期高温退火及光刻的工艺。样品的实验测量由光电联合测试平台完成,通过该系统可以方便快捷地完成EL,PL,PLE,I-V,C-V和恒流条件下EL老化等一系列测试。另外我们还通过椭圆偏振光测量仪对样品的折射率和厚度进行了测试。　　 第三章中我们对掺Er富硅SiO2 MOS发光器件的可见和红外EL及I-V特性进行了测量。通过分析研究了Si掺杂浓度对器件的载流子输运机制和EL性能的影响。我们发现,随着器件中Si含量增加使得载流子输运机制由Fowler-Nordheim隧穿转变为硅纳米晶体间的电子隧穿传导。而Er3+离子的EL随着Si注入量的增加发生明显的猝灭现象。另外我们还观察到器件中Si含量较低时Er3+离子522nm的发光增强,并用氧空位缺陷(Si-ODC)和Er3+离子高能级之间的共振能量传递加以解释。　　 在第四章中我们测量了B、Er共掺富硅SiO2 MOS器件的发光性能和I-V特性。我们分析了不同B掺杂量对器件中SiO2薄膜结构的影响,以及由此引起的Er3+离子发光性能的变化。结果表明:适量B掺杂在SiO2薄膜中引入了Si-ODC缺陷,并且抑制硅纳米晶体的形成和晶化。重掺B会使得SiO2薄膜发生“软化”现象,并消除Si-ODC缺陷和结构中的应力。　　 在第五章中我们研究了掺Er富硅SiO2 MOS发光器件中硅纳米晶体和Er3+离子PL的场致猝灭现象。实验现象表明:量子限制Stark效应和场致激子离化造成了纳秒时间量级的PL猝灭,而与电荷俘获有关的俄歇效应引起另一种较慢的PL猝灭。两种机制在不同的外加场强下分别对PL猝灭起着主导作用。我们进一步测量了B、Er共掺富硅SiO2 MOS发光器件的PL场致猝灭,发现其猝灭速度减慢。我们认为这是因为B掺杂在SiO2层中引入了空穴,影响了内部电场的建立过程,使得PL猝灭得到一定程度抑制。　　 第六章中我们研究了掺Er富硅SiO2 MOS发光器件的EL老化和器件中电荷俘获的关系。实验中测量了器件的恒流电压变化△Vcc和EL随着注入电荷量Qinj的变化。我们发现,硅纳米晶体的EL猝灭和器件中电荷俘获量Qt的增加密切相关;而Er3+离子的EL随着Qinj的增加出现先增强后猝灭的现象。其中硅纳米晶体的EL猝灭可以解释为俄歇效应、带电陷阱的库仑散射的综合作用。Er3+的EL增强是由外加电压和热电子能量的增加造成的;而其EL的猝灭可归结为热电子注入产生的缺陷引起的非辐射复合过程。最后我们还测量了B、Er共掺的富硅SiO2 MOS发光器件的EL老化,发现B注入引入的空穴造成△Vcc和Qt降低的现象。　　 第七章中我们对全文的内容进行总结,分析工作中尚待解决的问题并对下一步的研究计划进行简单介绍。